CN112363184A - 卫星信号模拟系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种卫星信号模拟系统及方法，该系统包括星历获取模块，数据存储模块和信号模拟处理模块，星历获取模块用于获取卫星星历并解析成实时的星历数据，并对星历数据进行验证，将验证后的数星历数据写入到数据存储模块中存储；信号模拟处理模块直接读取数据存储模块中的星历数据，启动并运行卫星信号模拟系统，根据实时读取的星历数据进行计算，生成模拟卫星信号。本发明通过获取真实的卫星星历以实现模拟的卫星信号更贴近真实的卫星信号，以使捕获、跟踪和定位解算更加准确；并可快速从数据存储模块获取启动数据，启动卫星信号模拟系统，减短启动设备的时间。及通过不断更新数据存储模块中的星历数据，在无上位机下发数据时也可长时间运行。
Description
技术领域
本发明涉及卫星信号模拟领域，特别涉及一种卫星信号模拟系统及方法。
背景技术
随着卫星导航系统的日益成熟和完善，基于卫星导航系统的各种终端应用也得到了快速的发展，在航空航天、数字通信，测绘学和计算机等许多领域发挥着重要作用。卫星导航技术不仅关系到国家的经济发展，而且在国家的国防安全方面也扮演着一个举足轻重的角色。
目前，我国北斗卫星导航系统已经完成全球组网，北斗在多个领域将爆发出更多应用价值。北斗卫星导航系统能够确保在特定时期导航定位功能保持高精度高稳定性运作，在国防和航天领域作为导航定位的主要手段。
卫星信号模拟系统通过上位机能够根据接收机的运动状况和信号传输环境,产生设定场景下用户接收到的导航信号,为接收机的研制开发及测试提供高精度的信号源,为验证导航定位算法提供测试环境。
当前市面上所存在的卫星信号模拟系统，一方面，在工作环境上需要PC上位机的支持(卫星信号生成的算法需在PC上位机运行)，无法脱离PC上位机独立运行，在一些特殊的情况下，无法携带上位机或者在上位机故障时，无法提供模拟卫星信号。卫星星历是计算卫星位置不可缺少的参数，同时也是卫星信号模拟系统生成卫星信号必要条件，若脱离上位机，则无法提供卫星信号。另外，若卫星信号模拟系统提供实时在轨卫星的星历信息，可生成更加真实的模拟卫星信号。
另一方面，卫星信号模拟在启动时，通常是通过上位机下发星历，用户坐标，用户轨迹等数据的，启动时间长、操作复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种卫星信号模拟系统，提供提供实时在轨卫星的星历信息，生成更加真实的模拟卫星信号，并且解决卫星信号模拟系统启动时间长、操作复杂的问题。
为了解决上述技术问题，一方面，本发明提供了一种卫星信号模拟系统，包括星历获取模块，数据存储模块和信号模拟处理模块，所述星历获取模块，数据存储模块和信号模拟处理模块间电性连接；其中：所述星历获取模块，用于获取卫星星历并解析成实时的星历数据，并对所述星历数据进行验证，将验证后的所述数星历数据写入到所述数据存储模块中存储；所述信号模拟处理模块直接读取所述数据存储模块中的星历数据，启动并运行所述卫星信号模拟系统，并根据实时读取的星历数据进行计算，生成模拟卫星信号。
另一方面，本发明提供一种卫星信号模拟方法，包括以下步骤：
读取当前星历数据，根据所述星历数据启动并运行卫星信号模拟系统；
根据实时读取的星历数据计算并生成模拟卫星信号；
实时更新星历数据。
本发明的有益效果如下：
在本发明提供的卫星信号模拟系统中，所述数据存储模块存储有星历数据，所述星历数据是根据卫星星历解析计算出的数据，包括计算卫星位置不可缺少的参数，是卫星信号模拟系统生成卫星信号必要条件。所述卫星信号模拟系统相当于具有记忆功能，所述信号模拟处理模块可直接从所述数据存储模块中读取星历数据，直接获取启动所述卫星信号模拟系统所需的数据，以快速启动所述卫星信号模拟系统。相较于传统上位机模拟系统，通过上位机读取星历参数文本、设定接收机的运动轨迹以及系统模拟时间等参数，生成场景文件等一系列操作，本发明实施例直接从数据存储模块中读取星历数据获取启动卫星信号模拟系统所需的数据，操作简单，启动时间短。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是卫星信号模拟系统第一个实施例的结构示意图；
图2是卫星信号模拟系统第二个实施例的结构示意图；
图3是卫星信号模拟系统第三个实施例的结构示意图；
图4是卫星信号模拟方法的示意图。
附图标记如下：
10、星历获取模块，11、北斗/GPS双频接收机，12、ARM星历数据处理器；
20、数据存储模块；
30、信号模拟处理模块，31、中央处理器，32、D/A转换器，33、上变频模块；
40、上位机。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
卫星信号模拟系统的第一个实施例如图1所示，包括星历获取模块10，数据存储模块20和信号模拟处理模块30，各模块间电性连。其中，所述星历获取模块10实时接收卫星星历，获取原始导航电文与数据信息，将所述原始导航电文与数据信息解析出实时星历，并对解析出的星历进行判断分析是否有效以及是否存储在所述数据存储模块20中，若该数据有效，但又未保存在数据模块中，则将该星历数据保存，若星历数据无效，直接剔除所述星历数据。所述信号模拟处理模块30从所述数据存储模块20中读取星历数据，启动并运行卫星模拟系统，根据实时读取的星历数据，生成卫星模拟信号。
在本发明实施例中，所述数据存储模块20存储有星历数据，所述星历数据是根据卫星星历解析计算出的数据，其包括计算卫星位置不可缺少的参数，是卫星信号模拟系统生成卫星信号必要条件。所述卫星信号模拟系统相当于具有记忆功能，所述信号模拟处理模块30可直接从所述数据存储模块20中读取星历数据，直接获取启动所述卫星信号模拟系统所需的数据，以快速启动所述卫星信号模拟系统。相较于传统上位机模拟系统，通过上位机读取星历参数文本、设定接收机的运动轨迹以及系统模拟时间等参数，生成场景文件等一系列操作，本发明实施例直接从数据存储模块20中读取星历数据获取启动卫星信号模拟系统所需的数据，操作简单，启动时间短。
进一步地，通过所述星历获取模块10实时接收卫星星历，实时解析星历出数据，将数据写入到所述数据存储模块20中存储，实时更新所述数据存储模块20中的星历数据，所述信号模拟处理模块30可实时不间断地从所述数据存储模块20中获取星历数据，对所述星历数据处理计算生成卫星模拟信号，运行所述卫星信号模拟系统。相较于传统上位机模拟系统，通过上位机演算生成模拟卫星信号，上位机不易携带，对测试环境要求高，本发明实施例所述卫星信号模拟系统具有记忆、存储功能，根据实时接收的以及存储的星历数据生成模拟卫星信号，在没有PC上位机的情况下，无需下发数据信息，也可直接运行，增加了其便携性。
需要说明的是，本发明实施例所述星历获取模块10实时接收的卫星星历是天上真实的BD和/或GPS卫星星历，让卫星信号模拟系统输出的卫星信号更加贴近真实的天上卫星信号，更好地验证接收机的捕获、跟踪和定位解算的正确性。
具体地，所述星历获取模块10包括星历数据处理单元、星历数据更新模块和卫星星历接收单元，各单元间电性连接。其中，所述卫星星历接收单元接收接收机传输的卫星导航电文与数据，并输出原始导航电文及数据信息至所述星历数据处理模块。所述星历数据处理模块根据U-blox协议处理计算所述导航电文及数据信息，解析出实时的星历数据。所述星历数据更新模块检验所述解析出的星历数据的有效性以及检验该数据是否已保存在所述数据存储模块20中，若所述星历数据有效且未保存在所述数据存储模块20中，则将所述星历数据写入所述数据存储模块20中。
需要说明的是，所述星历数据更新模块与所述数据存储模块20是通过I/O串口通信的。在本发明实施例中，所述星历数据更新模块先对所述星历数据进行筛查，对不符合要求的数据或有明显错误的星历予以剔除，再将有效的星历数据与数据存储模块20中的星历数据进行匹配，当所述星历数据与所述数据存储模块20的星历数据不匹配时，所述星历数据更新模块通过I/O串口传输所述星历数据写入所述数据存储模块20中，更新所述数据存储模块20中存储的星历信息。
具体地，所述星历数据更新模块筛查有效的星历数据时，首先将获取星历数据的参数数值与当前卫星轨道特征的对应理论数值对比，若不匹配，则所述星历数据无效，直接剔除；否则，根据符合通过的星历数据计算出卫星在ECF坐标系下的坐标矢量与运动矢量，判断所述坐标矢量与运动矢量是否在阈值范围之内，若不在，所述星历数据无效，直接剔除；否则，进一步根据所述星历数据计算出所述卫星到地球中心的距离，计算所得距离是否在阈值范围之内，若在，则所述星历数据有效，否则，所述星历数据无效，直接剔除。
进一步地，将有效的星历数据与数据存储模块20中的星历数据进行匹配时，对获取星历与数据存储模块20中当前存储使用的卫星星历进行匹配对比，查看数据的一致性，若一致，则不将该星历数据写入数据存储模块20中，否则，将该星历数据写入数据存储模块20中。如北斗星历包括18个参数：AODE、AODC、toe、
e、w、△n、M0、Ω0、
i0、IDOT、Cuc、Cus、Crc、Crs、Cic、Cis；GPS星历的参数包括：IODE、IODC、toe、
e、w、△n、M0、Ω0、
i0、IDOT、Cuc、Cus、Crc、Crs、Cic、Cis，分别将北斗星历和GPS星历的参数与数据存储模块20的数据进行比较，只要一个参数不匹配，则通过I/O串口通信，将其写入至所述数据存储模块20，更新数据存储模块20中存储的星历信息。
在本发明实施例中，所述数据存储模块20主要包括SDRAM模块和FLASH模块，所述数据存储模块20中的SDRAM模块与所述星历数据更新模块的I/O输出端口相连，所述星历数据更新模块对所述数据存储模块20中的SDRAM模块直接进行实时的读/写操作。所述数据存储模块20中的SDRAM和FLASH均存储有星历数据，其中，SDRAM模块的星历数据一方面主要用于提供与所述星历数据更新模块的星历数据进行数据匹配，另一方面用于提供所述信号模拟处理模块30星历数据，以计算生成模拟卫星信号。FLASH模块中存储的星历数据用于当前使用星历，以供所述卫星信号模拟系统星历数据以快速启动及使用。
进一步地，所述信号模拟处理模块30包括中央处理器单元，其与所述数据存储模块20之间采用串口连接，串口以115200bit/s的传输速率传输星历数据，中央处理器单元中包含卫星信号生成过程中的算法，根据从所述数据存储模块20中读取星历数据，计算并生成模拟卫星信号。
具体地，所述中央处理器单元主要包括DSP模块和FPGA模块，其中DSP模块和FPGA模块之间通过EMIF接口交互通信。DSP模块主要用于卫星信号生成过程中的算法计算，包括BD及GPS卫星位置及状态的实时计算、BD及GPS卫星仰角计算及可见卫星判断、初始码相位计算、初始载波相位计算、频率控制字计算、用户运动轨迹计算、空间坐标转换、BD及GPS卫星导航电文编写等。计算完成后的数据通过EMI接口传给FPDA模块。所述FPGA模块与DSP模块进行交互，接收DSP模块的传输的启动标志位和复位信号，使FPGA模块部分开始工作。同时对DSP模块传输的导航电文、码相位及频率控制字等控制字信息存储到寄存器中，对DSP信号进行扩频调制，将BD信号生成的结果进行BOC调制，将GPS信号生成的结果进行BPSK调制，最后生成卫星数字中频信号。
需要说明的是，所述中央处理器单元以每4ms中断一次的形式，从数据存储模块20中读取星历数据，以此保持中央处理器单元所使用的星历为实时星历。
进一步地，所述信号模拟处理模块30还包括D/A转换单元和上变频单元。其中D/A转换单元与所述中央处理器单元I/O连接，用于将所述卫星数字中频信号转换为卫星模拟中频信号。所述上变频单元与所述D/A转换单元电性连接，用于将所述模拟中频信号转换生成相应频段的射频信号，上变频单元还与卫星信号发射天线进行电性连接，如图2所示，根据卫星信号的频段选择相应频段的发射天线，发射所需频率的卫星信号。
更进一步地，所述中央处理器单元在预设时间段内递推一次卫星星历，递推出的卫星星历通过所述星历获取模块10验证后存储到所述数据存储模块20中。具体地，中央处理器快速启动，所述卫星信号模拟系统运行，运行过程中启动计数器计时，DSP模块每1小时递推1次北斗卫星星历，每2小时递推1次GPS卫星星历，并将递推获取的星历存入数据存储模块20中，即便在无PC上位机40下也可运行，增加了设备的便携性。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本实施例通过BD/GPS双频接收机实时接收天上真实的BD和GPS卫星星历以实现模拟的卫星信号更加贴近真实的天上卫星信号，更好地验证接收机的捕获、跟踪和定位解算的正确性。进一步地通过将卫星星历存储在所述数据存储模块20中，具备记忆功能，可快速获取启动数据，启动卫星信号模拟系统，无需下发时间和北斗/GPS星历等数据，减短启动设备的时间。以及通过不断更新所述数据存储模块20中的星历数据，在无PC上位机40下发数据的情况下也可长时间运行。
卫星信号模拟系统的第二个实施例如图3所示，所述卫星信号模拟系统包括星历获取模块10，数据存储模块20、中央处理器31、D/A转换器和上变频模块33，各模块间电性连。其中，所述星历获取模块10包括北斗/GPS双频接收机11和ARM星历数据处理器12，其中北斗/GPS双频接收机11实时接收北斗卫星星历和GPS星历，并输出原始导航电文与数据信息。所述星历获取模块10的星历数据处理单元和星历数据更新模块集成在所述ARM星历数据处理器12中，所述ARM星历数据处理器12首先根据U-blox协议将北斗/GPS双频接收机11输出的所述原始导航电文与数据信息解析出实时星历。再对其解析出的星历进行验证，判断分析该星历数据是否有效以及是否存储在所述数据存储模块20中，若该数据有效，但又未保存在数据模块中，则将该星历数据保存，若星历数据无效，直接剔除所述星历数据。
值得注意的是，本发明实施例通过北斗/GPS双频接收机11获取当前时间多频点BD/GPS在轨卫星的导航电文与数据信息，获取的星历包括北斗卫星星历和/或GPS卫星星历，是实时的天上星历，使得卫星信号模拟系统输出的卫星信号更加贴近真实的天上卫星信号，更好地验证接收机的捕获、跟踪和定位解算的正确性。本实施例中，所述北斗/GPS双频接收机11接收的北斗卫星星历和GPS卫星星历包括但不限于北斗B1I/B3I/BIC，GPS L1卫星信号。
进一步地，所述中央处理器31包括中央处理器，D/A转换器32和上变频模块33，其中中央处理器与所述数据存储模块20之间采用串口连接，串口以115200bit/s的传输速率传输星历数据。D/A转换器32与所述中央处理器为I/O连接，将中央处理器生成的数字中频信号转换为模拟中频信号，再通过上变频模块33选择相应频段的发射天线，生成相应频段的射频信号。
其中，中央处理器模块主要由DSP芯片和FPGA芯片构成，其中DSP芯片和FPGA芯片之间通过EMIF接口交互通信。具体地，DSP芯片包括卫星信号生成过程中的算法计算，如BD及GPS卫星位置及状态的实时计算、BD及GPS卫星仰角计算及可见卫星判断、初始码相位计算、初始载波相位计算、频率控制字计算、用户运动轨迹计算、空间坐标转换、BD及GPS卫星导航电文编写。FPGA芯片与DSP芯片进行交互，接收DSP芯片的导航电文、码相位及频率控制字，对DSP芯片传输的信号进行扩频调制，每个频点可同时生成16个物理通道。
与现有的卫星信号模拟系统相比，本系统在具有记忆存储功能，中央处理器采用DSP+FPGA架构，卫星信号生成的算法在DSP芯片内部进行，信号扩频调速与生成在FPGA芯片内部进行，在没有PC上位机40下发数据信息的情况下，也正常工作。
本发明所提供的卫星信号模拟系统中，所述数据存储模块20包括存储器，用于存储星历数据以及计算机程序或执行算法。所述中央处理器包括处理器，用于读取所述数据存储模块20中的星历数据并计算，生成模拟卫星信号，以及用于执行所述存储器存储的计算机程序或执行算法，以使所述卫星信号模拟系统运行。
所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述存储器可以包括:能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器((RAM,Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
所述处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit,CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器可以是内部存储单元或外部存储设备，例如插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字卡(Secure Digital,SD)，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器还可以既包括内部存储单元，也包括外部存储设备。所述存储器用于存储所述计算机程序以及其他程序和数据。所述存储器还可以用于暂时地存储己经输出或者将要输出的数据。
本实施例中，所述数据存储模块20主要由SDRAM+FLASH构成，所述数据存储模块20中的SDRAM与所述ARM星历数据处理器12中ARM的I/O输出端口相连，ARM对所述数据存储模块20中的SDRAM芯片直接进行实时的读/写操作。所述数据存储模块20中的SDRAM存储一份星历，作为当前存储使用的卫星星历，用于提供所述ARM卫星数据处理模块进行星历进行验证匹配，以及用于提供所述中央处理器进行卫星位置的实时计算，FLASH中存储当前使用星历，供系统快速启动时使用。
需要说明的是，所述中央处理器以每4ms中断一次的形式，从SDRAM中读取星历数据，以此保持中央处理器所使用的星历为实时星历。
如图1和图3所示，卫星信号模拟系统的第三个实施例在上述实施例的基础上还包括上位机40，其中所述上位机40也可用于下发星历数据到所述数据存储模块20中，以更新所述数据存储模块20中的星历数据，所述数据存储模块20和中央处理器3130如第一实施例方式实现生成卫星模拟信号。
在本实施例中，所述上位机40与所述数据存储模块20网口通信连接，上位机40中可直接输入仿真时间，所述仿真时间为日常使用时间(年/月/日/时/分/秒)，卫星导航系统所用时间为GPS时，包括周与周内秒。所述上位机40通过其内设定的转换方法，将仿真时间转换为GPS时。具体地，上位机40在下发星历数据时首先通过以下方法将设置的仿真起始时间转换为简化儒略日时间。儒略日是在儒略周期内以连续的日数计算时间的计时法，其计算是从格林威治标准时间的中午开始，包含一个整天的时间，起点的时间(0日)回溯至儒略历的公元前4713年1月1日中午12点(在格里历是公元前4714年11月24日)，这个日期是三种多年周期的共同起点，且是历史上最接近现代的一个起点。简化儒略日(MJD)以儒略历公元前4713年1月1日的GMT正午为第0日的开始，是一种连续纪日的儒略日(JD)。
GPS时采用原子时AT1秒长作时间基准，秒长定义为铯原子CS133基态的两个超精细能级间跃迁辐射振荡9192631170周所持续的时间，时间起算的原点定义在1980年1月6日世界协调时UTC0时，启动后不跳秒，保证时间的连续。以后随着时间积累，GPS时与UTC时的整秒差以及秒以下的差异通过时间服务部门定期公布，GPS从MJD44244开始，
本实施例上位机40将仿真时间转换为简化儒略日的方式如下：
JDyear＝year
JDmonth＝month(month>2) (1)
JDmonth＝month+12(month<＝2) (2)
JDday＝day+(hour*3600+min*60+second)/86400
y＝JDyear+4800
y＝y-1
e＝30.6*(JDmonth+1)
a＝JDmonth/100
b＝a/4-a
c＝365.25*y
JD＝b+c+e+JDday-32167.5
MJD＝JD-2400000.5
其中，year,month,day,hour,min,second为上位机40中设置的公历时间(年/月/日/时/分/秒)，JDyear，JDmonth，JDday，y，e，a，b，c为计算儒略日过程中产生的中间变量，JD为儒略日，MJD为简化儒略日，式中(1)、(2)根据设置仿真时间的月份具体选择。
再通过以下公式将简化儒略日时间换为周与周内秒：
elapse＝MJD-44244
GPSweek＝elapse/7
elapse＝elapse-week*7
GPSweeksecond＝elapse*86400
其中，GPSweek为GPS时的周计数，GPSweek second为GPS时的周内秒计数，elapse为计算GPS时过程中产生的中间变量。
需要说明的是，本实施例既可通过上位机40下发星历数据到所述数据存储模块20中更新星历数据，也可通过所述星历获取模块10获取实时星历数据更新所述数据存储模块20中的星历数据，本实施例的环境适应性好，使用效果更佳，提高用户体验。
如图4所示，本发明实施例提供一种卫星信号模拟方法，其可应用于上述任一实施例所提供的卫星信号模拟中生成模拟卫星信号。所述卫星信号模拟方法具体包括以下步骤：
S401：获取并保存星历数据。
根据本发明实施例提供卫星信号模拟方法，在首次启动卫星信号模拟系统时，可先通过上位机下发一次或通过北斗/GPS双频接收机将一份星历存入数据存储模块FLASH中，以通过该星历数据启动卫星信号模拟系统。
需要说明的是，当再次使用卫星信号模拟系统时，若系统中存在历史星历数据，可直接读取历史星历数据，该步骤S401可省略，直接开始步骤S402。
S402：.读取当前星历数据，根据读取的星历数据启动并运行卫星信号模拟系统。
中央处理器模块通过串口读取数据存储模块FLASH中的存储的仿真时间与星历等数据。
需要说明的是，读取当前星历数据是接收的卫星星历是天上真实的BD和/或GPS卫星星历，让卫星信号模拟系统输出的卫星信号更加贴近真实的天上卫星信号，更好地验证接收机的捕获、跟踪和定位解算的正确性。
进一步地，本实施例在预设时间读取星历数据，以保证读取的星历数据贴近当前卫星星历。如以每4ms中断一次的形式，从SDRAM中读取星历数据，以此保持中央处理器所使用的星历为实时星历。
S403：根据实时读取的星历数据计算并生成模拟卫星信号。
根据读取的星历数据，计算BD及GPS卫星位置及状态的实时计算、BD及GPS卫星仰角计算及可见卫星判断、初始码相位计算、初始载波相位计算、频率控制字计算、用户运动轨迹计算、空间坐标转换、BD及GPS卫星导航电文编写等。计算完成后的数据通过EMI接口通信交换启动标志位和复位信号，使卫星模拟系统开始工作。同时对传输的导航电文、码相位及频率控制字等控制字信息进行扩频调制，将BD信号生成的结果进行BOC调制，将GPS信号生成的结果进行BPSK调制，最后生成卫星模拟中频信号，再通过上变频模块选择相应频段的发射天线，生成相应频段的射频信号。
S404：实时更新星历数据。
本实施例中，卫星信号模拟系统启动后实时更新星历数据，以保证获取的星历是实时星历。其中BD和/或GPS卫星星历按预设时间递推更新，如每1小时递推1次北斗卫星星历，每2小时递推1次GPS卫星星历，并将递推获取的星历存入数据存储模块中，即便在无PC上位机下也可运行，增加了设备的便携性。
具体地，本实施例对获取的星历数据进行验证，以检验所获取的星历数据的有效性，并将新的星历数据更新到星历数据库中。首先，对获取的当前星历信息通过U-blox协议处理计算所述导航电文及数据信息，解析出实时的星历数据，然后对所述星历数据进行筛查，对不符合要求的数据或有明显错误的星历予以剔除，再将有效的星历数据与数据存储模块中的星历数据进行匹配，当所述星历数据与所述数据存储模块的星历数据不匹配时，将该星历数据保存更新到星历数据库中。
更具体地，所述星历数据更新模块筛查有效的星历数据时，首先将获取星历数据的参数数值与当前卫星轨道特征的对应理论数值对比，若不匹配，则所述星历数据无效，直接剔除；否则，根据符合通过的星历数据计算出卫星在ECF坐标系下的坐标矢量与运动矢量，判断所述坐标矢量与运动矢量是否在阈值范围之内，若不在，所述星历数据无效，直接剔除；否则，进一步根据所述星历数据计算出所述卫星到地球中心的距离，计算所得距离是否在阈值范围之内，若在，则所述星历数据有效，否则，所述星历数据无效，直接剔除。
进一步地，将有效的星历数据与数据存储模块中的星历数据进行匹配时，对获取星历与数据存储模块中当前存储使用的卫星星历进行匹配对比，查看数据的一致性，若一致，则不将该星历数据写入数据存储模块中，否则，将该星历数据写入数据存储模块中。如北斗星历包括18个参数：AODE、AODC、toe、
e、w、△n、M0、Ω0、
i0、IDOT、Cuc、Cus、Crc、Crs、Cic、Cis；GPS星历的参数包括：IODE、IODC、toe、
e、w、△n、M0、Ω0、
i0、IDOT、Cuc、Cus、Crc、Crs、Cic、Cis，分别将北斗星历和GPS星历的参数与数据存储模块的数据进行比较，只要一个参数不匹配，则将其写入至所述数据存储模块，更新数据存储模块中存储的星历信息。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种卫星信号模拟系统，其特征在于，包括星历获取模块，数据存储模块和信号模拟处理模块，所述星历获取模块，数据存储模块和信号模拟处理模块间电性连接；其中：
所述星历获取模块，用于获取卫星星历并解析成实时的星历数据，并对所述星历数据进行验证，将验证后的所述数星历数据写入到所述数据存储模块中存储；所述信号模拟处理模块直接读取所述数据存储模块中的星历数据，启动并运行所述卫星信号模拟系统，并根据实时读取的星历数据进行计算，生成模拟卫星信号。
2.根据权利要求1所述的卫星信号模拟系统，其特征在于，所述星历获取模块包括星历数据处理单元、星历数据更新模块和卫星星历接收单元，各单元间电性连接；
所述卫星星历接收单元，用于实时接收卫星星历，输出原始导航电文及数据信息；
所述星历数据处理模块处理所述导航电文及数据信息，解析出实时的星历数据；
所述星历数据更新模块检验所述解析出的星历数据的有效性以及检验该数据是否已保存在所述数据存储模块中，若所述星历数据有效且未保存在所述数据存储模块中，则将所述星历数据写入所述数据存储模块中。
3.根据权利要求2所述的卫星信号模拟系统，其特征在于，所述卫星星历接收单元包括BD/GPS双频接收机，用于获取当前时间多频点在轨卫星的导航电文与数据信息。
4.根据权利要求1所述的卫星信号模拟系统，其特征在于，所述信号模拟处理模块包括：
中央处理器单元，用于从所述数据存储模块中读取星历数据，计算并生成卫星数字中频信号；
D/A转换单元，其与所述中央处理器单元I/O连接，用于将所述卫星数字中频信号转换为卫星模拟中频信号；
上变频单元，其与所述D/A转换单元电性连接，用于将所述卫星模拟中频信号转换生成相应频段的射频信号。
5.根据权利要求4所述的卫星信号模拟系统，其特征在于，所述中央处理器单元在预设时间段内递推一次卫星星历，递推出的卫星星历通过所述星历获取模块验证后存储到所述数据存储模块中。
6.根据权利要求1或2任一项所述的卫星信号模拟系统，其特征在于，所述模拟系统还包括上位机，所述上位机与所述数据存储模块网口通信连接，所述上位机可用于下发星历数据到所述数据存储模块。
7.根据权利要求6所述的卫星信号模拟系统，其特征在于，所述上位机在下发星历数据时，将设置的仿真起始时间转换为简化儒略日时间，再转换为周与周内秒；其中，
通过以下公式将所述仿真起始时间转换成简化儒略日的时间：
JDyear＝year
JDmonth＝month(month>2)
JDmonth＝month+12(month<＝2)
JDday＝day+(hour*3600+min*60+second)/86400
y＝JDyear+4800
y＝y-1
e＝30.6*(JDmonth+1)
a＝JDmonth/100
b＝a/4-a
c＝365.25*y
JD＝b+c+e+JDday-32167.5
MJD＝JD-2400000.5
其中，year,month,day,hour,min,second为上位机中设置的公历时间(年/月/日/时/分/秒)，JDyear，JDmonth，JDday，y，e，a，b，c为计算儒略日过程中产生的中间变量，MJD为简化儒略日；
再通过以下公式将简化儒略日时间换为周与周内秒：
elapse＝MJD-44244
GPSweek＝elapse/7
elapse＝elapse-week*7
GPSweek second＝elapse*86400
其中，GPSweek为GPS时周计数，GPSweek second为GPS时的周内秒计数，elapse为计算GPS时过程中产生的中间变量。
8.一种卫星信号模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
读取当前星历数据，根据所述星历数据启动并运行卫星信号模拟系统；
根据实时读取的星历数据计算并生成模拟卫星信号；
实时更新星历数据。
9.根据权利要求8所述的卫星信号模拟方法，其特征在于，所述实时更新星历数据，包括：
获取实时的星历数据并对所述星历数据验证其有效性，并对有效的星历数据与已有的星历数据进行匹配，将匹配不成功的星历数据保存；
和/或
在预设时间段内递推更新所述星历数据。
10.根据权利要求9所述的卫星信号模拟方法，其特征在于，所述获取实时的星历数据并对所述星历数据验证其有效性，并对有效的星历数据与已有的星历数据进行匹配，将匹配不成功的星历数据保存，包括：
对所述星历数据验证其有效性，包括：
将获取星历数据的参数数值与当前卫星轨道特征的对应理论数值对比，若不匹配，则所述星历数据无效，直接剔除；若匹配，则
根据所述星历数据计算出卫星在ECF坐标系下的坐标矢量与运动矢量，判断所述坐标矢量与运动矢量是否在阈值范围之内，若不在，所述星历数据无效，直接剔除；若是，则
根据所述星历数据计算出所述卫星到地球中心的距离，计算所得距离是否在阈值范围之内，若在，则所述星历数据有效，否则，所述星历数据无效，直接剔除。
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